(57)【要約】【課題】風力発電装置のヨー駆動装置に適する高効率で軸方向長さの短い減速機及びヨー駆動装置を提供することを目的とする。【解決手段】  減速機が三段減速からなり、一段減速部１０及び二段減速部２０の合計減速比を１／６乃至１／６０に設定すると共に、三段減速部３０が内歯歯車体３２と、複数の外歯車３４と、複数のクランク軸３５と、キャリア３７とを備えた偏心揺動型減速機構で構成され、偏心揺動型減速機構の減速比を１／５０乃至１／１４０に設定し、且つ減速機の総減速比を１／１０００乃至１／３０００に設定した風力発電装置のヨー駆動装置に用いる減速機。【選択図】図１
2005061519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電装置のヨー駆動装置に用いる減速機であって、該減速機が一段減速部、該一段減速部に連結される二段減速部、並びに該二段減速部に連結される三段減速部からなり、前記一段減速部及び二段減速部の合計減速比を１／６乃至１／６０に設定すると共に、前記三段減速部が内周に内歯が形成された内歯歯車体と、該内歯歯車体内に収納され、外周に前記内歯に噛み合い歯数が該内歯より若干少ない外歯を有し、軸方向に並列配置された複数の外歯車と、該複数の外歯車に回転自在に挿入され、前記二段減速部に連結され回転することで該複数の外歯車を偏心回転させるクランク軸と、該クランク軸の両端部を回転可能に支持するキャリアとを備えた偏心揺動型減速機構で構成され、該偏心揺動型減速機構の減速比を１／５０乃至１／１４０に設定し、且つ前記減速機の総減速比を１／１０００乃至１／３０００に設定したことを特徴とする風力発電装置のヨー駆動装置に用いる減速機。
【請求項２】
前記減速機の一段減速部が入力太陽歯車、該入力太陽歯車の周囲で該入力太陽歯車に噛み合う複数の遊星歯車、該複数の遊星歯車の周囲で該複数の遊星歯車に噛み合う内歯を有する内歯歯車体、並びに前記複数の遊星歯車を回転自在に支持するキャリアとを備えた遊星減速機構から構成され、前記減速機の二段減速部が前記遊星減速機構のキャリアに連結される入力平歯車及び該入力平歯車に噛み合う平歯車からなる平歯車式減速機構機から構成されていることを特徴とする請求項１記載の風力発電装置のヨー駆動装置に用いる減速機。
【請求項３】
前記減速機の一段減速部が第１入力平歯車及び該第１入力平歯車に噛み合う第１平歯車からなる平歯車式減速機構機から構成され、前記減速機の二段減速部が該第１平歯車に連結された第２入力平歯車及び該第２入力平歯車に噛み合う第２平歯車からなる平歯車式減速機構機から構成されていることを特徴とする請求項１記載の風力発電装置のヨー駆動装置に用いる減速機
【請求項４】
前記一段減速部の入力部に電動機の出力軸が連結され、前記偏心揺動型減速機構の出力部に、タワーのリングギアに噛み合わせる外歯が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の減速機を用いた風力発電装置のヨー駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置のヨー駆動装置に用いる減速機、及びその減速機を用いたヨー駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置のヨー駆動装置は、風力発電装置のブレードが正面より風を受けられるように、風車発電ユニットを風向きに応じてタワーに対して旋回させるものであり、タワーに設けたリングギアを回転させる駆動装置である。
【０００３】
ヨー駆動装置は通常、汎用の誘導電動機（使用回転数は１０００乃至１８００ｒｐｍ）と複数の減速機構（総減速比は１／１０００乃至１／３０００）とを組み合わせている。
従来の風車発電装置のヨー駆動装置に用いる減速機の多くは高減速比を得るために、遊星減速機構を５段連結した減速機が用いられている。その遊星減速機構は、入力太陽歯車、該入力太陽歯車の周囲で該入力太陽歯車に噛み合う複数の遊星歯車、該複数の遊星歯車の周囲で該複数の遊星歯車に噛み合う内歯を有する内歯歯車体、並びに前記複数の遊星歯車を回転自在に支持するキャリアとを具備するものであり、総減速比は約７７％（各段９５％×９５％×９５％×９５％×９５％＝約７７％）となっている。
また、風車発電装置のヨー駆動装置に用いる減速機として本願出願人は、駆動モータに連結される一段減速部、該一段減速部に連結される二段減速部、並びに該二段減速部に連結される偏心揺動型減速機構からなる三段減速部から構成したものを提案した（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−８４３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前者の遊星減速機構を５段連結した減速機は、全長が長くなるとともに大重量であるから、メンテナンス性が悪かった。また、マイナス２０度Ｃ以下の低温状態で運転する場合、５段の多段減速であるから潤滑油の攪拌抵抗が大きくなり、その攪拌抵抗の損失を補うために大出力の電動機を必要としていた。
後者の三段減速部からなる減速機は、ヨー駆動装置用として高効率を得るための最適な減速比率は提案されていなかった。
本発明は以上の点に鑑み、ヨー駆動装置としての最適速度配分した減速機となして、風力発電装置のヨー駆動装置に適する高効率で軸方向長さの短い減速機を提供することを目的とする。また、風力発電装置の高効率でコンパクトなヨー駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明による風力発電装置のヨー駆動装置に用いる減速機は、一段減速部、該一段減速部に連結される二段減速部、並びに該二段減速部に連結される三段減速部からなり、前記一段減速部及び二段減速部の合計減速比を１／６乃至１／６０に設定すると共に、前記三段減速部が内周に内歯が形成された内歯歯車体と、該内歯歯車体内に収納され、外周に前記内歯に噛み合い歯数が該内歯より若干少ない外歯を有し、軸方向に並列配置された複数の外歯車と、該複数の外歯車に回転自在に挿入され、前記二段減速部に連結され回転することで該複数の外歯車を偏心回転させるクランク軸と、該クランク軸の両端部を回転可能に支持するキャリアとを備えた偏心揺動型減速機構で構成され、該偏心揺動型減速機構の減速比を１／５０乃至１／１４０に設定し、且つ前記減速機の総減速比を１／１０００乃至１／３０００に設定したことを特徴としている。従って、風力発電装置のヨー駆動装置に適する高効率で軸方向長さの短い減速機が提供できる。
【０００７】
また、減速機の一段減速部が入力太陽歯車、該入力太陽歯車の周囲で該入力太陽歯車に噛み合う複数の遊星歯車、該複数の遊星歯車の周囲で該複数の遊星歯車に噛み合う内歯を有する内歯歯車体、並びに前記複数の遊星歯車を回転自在に支持するキャリアとを備えた遊星減速機構から構成され、前記減速機の二段減速部が前記遊星減速機構のキャリアに連結される入力平歯車及び該入力平歯車に噛み合う平歯車からなる平歯車式減速機構機から構成されていることを特徴としている。従って、風力発電装置のヨー駆動装置に適する高効率で軸方向長さの短い減速機が提供できる。
また、減速機の一段減速部が第１入力平歯車及び該第１入力平歯車に噛み合う第１平歯車からなる平歯車式減速機構機から構成され、前記減速機の二段減速部が該第１平歯車に連結された第２入力平歯車及び該第２入力平歯車に噛み合う第２平歯車からなる平歯車式減速機構機から構成されていることを特徴としている。従って、風力発電装置のヨー駆動装置に適する高効率で軸方向長さの短い減速機が提供できる。
また、本発明による風力発電装置のヨー駆動装置は、前述の高効率な減速機を用いていて、一段減速部の入力部に電動機の出力軸が連結され、前記偏心揺動型減速機構の出力部に、タワーのリングギアに噛み合わせる外歯が形成されていることを特徴としている。従って、風力発電装置の高効率でコンパクトなヨー駆動装置が提供できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、風力発電装置のヨー駆動装置に適する高効率で軸方向長さの短い減速機が提供できる。また、風力発電装置の高効率でコンパクトなヨー駆動装置が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の第１実施形態を図１と図２に基づいて説明する。図１は縦断面図であり、図２のA−A方向切断を図示している。図２は図１のB−B断面図である。
１００は風力発電装置のヨー駆動装置である。２００はそのヨー駆動装置１００に用いた減速機である。減速機２００は一段減速部１０、該一段減速部１０に連結される二段減速部２０、並びに該二段減速部２０に連結される三段減速部３０から成っている。
一段減速部１０は、電動機１の出力軸２に固定され連結された入力部としての入力太陽歯車３、該入力太陽歯車３の周囲で該入力太陽歯車３に噛み合う複数（三個）の遊星歯車４、該複数の遊星歯車４の周囲で該複数の遊星歯車４に噛み合う内歯５を有する内歯歯車体６、並びに前記複数の遊星歯車４を回転自在に支持するキャリア７とを備えた遊星減速機構から構成されている。電動機１は電動機支持部材８に取り付けられている。内歯歯車体６は電動機支持部材８の内部に固定されている。キャリア７には、遊星歯車４を複数のニードル９を介して回転自在に支持する複数のピン１０が固定されている。
この遊星減速機構から構成された一段減速部１０は、その減速比を１／９に設定している。一段減速部１０の減速比は、１／３乃至１／２０から選択して設定している。
【００１０】
二段減速部２０は、前記遊星減速機構のキャリア７に連結される入力平歯車２１及び該入力平歯車２１に噛み合う複数の平歯車２２（四個）からなる平歯車式減速機構機から構成されている。
この平歯車式減速機構機から構成された二段減速部２０は、その減速比を１／３に設定している。二段減速部２０の減速比は、１／２乃至１／５から選択して設定している。
従って、一段減速部１０及び二段減速部２０の合計減速比は、１／２７（１／９×１／３）に設定されている。一段減速部１０及び二段減速部２０の合計減速比は、１／６乃至１／１００（１／３×１／２乃至１／２０×１／５）に設定できる。しかしながら、ヨー駆動装置に用いる本発明の減速機においては、一段減速部及び二段減速部の合計減速比を、１／６乃至１／６０に選択して設定すれば良い。
【００１１】
三段減速部３０は、内周に内歯３１が形成された固定の内歯歯車体３２と、該内歯歯車体３２内に収納され、外周に前記内歯３１に噛み合い歯数が該内歯より若干少ない外歯３３を有し、軸方向に並列配置された複数（二個）の外歯車３４と、該複数の外歯車３４に回転自在に挿入され、前記二段減速部２０の平歯車２２に連結され回転することで該複数の外歯車３４を偏心回転させる複数のクランク軸３５（四個）と、該クランク軸３５の両端部を一対の軸受３６を介して回転可能に支持する出力部としてのキャリア３７とを備えた偏心揺動型減速機構で構成されている。キャリア３７の先端部には、タワー（図示なし）のリングギア（図示なし）に噛み合わせる外歯３８を有するピニオン３９がスプライン連結されて設けられている。ピニオン３９はキャリア３７の先端部に機械加工形成して設けても良い。複数のクランク軸３５の各々の端部には、前記二段減速部２０の複数の平歯車２２の各々が取り付けられている。複数の外歯車３４の内部には、ニードル軸受４０を介して複数のクランク軸３５のクランク部が各々挿入されている。キャリア３７は一対の軸受４１を介して内歯車体３２に回転自在に支持されている。オイルシール４２は内歯歯車体３２の先端内周とキャリア３７の周囲に取り付けられたオイルシール支持体４３との間に、挿入されて設けられている。内歯歯車体３２の端部には、前記電動機支持部材８の一端が固定されている。
偏心揺動型減速機構で構成された三段減速部３０は、減速比を１／６０に設定している。三段減速部３０は、減速比を１／５０乃至１／１４０から選択して設定している。
三段減速からなる本減速機の総減速比は１／１６２０（１／９×１／３×１／６０）に設定されている。三段減速からなる減速機の総減速比は、１／３００乃至１／１４０００（１／３×１／２×１／５０乃至１／２０×１／５×１／１４０）に設定できる。しかしながら、ヨー駆動装置に用いる本発明の減速機においては、総減速比を、１／１０００乃至１／３０００に選択して設定すれば良い。
【００１２】
次に、本発明の第２実施形態を図３の縦断面図に基づいて説明する。
図３において、３００は風力発電装置のヨー駆動装置である。４００はそのヨー駆動装置３００に用いた減速機である。
一段減速部５０は、電動機６０の出力軸６１に固定され連結された入力部としての第１入力平歯車５１及び該第１入力平歯車５１に噛み合う第１平歯車５２からなる平歯車式減速機構機から構成されている。
この平歯車式減速機構機から構成された一段減速部５０は、その減速比を１／６に設定している。一段減速部５０の減速比は、１／２乃至１／１２から選択して設定している。電動機６０は電動機支持部材６２に取り付けられている。
【００１３】
二段減速部７０は、前記第１平歯車５２に連結された第２入力平歯車５３及び該第２入力平歯車５３に噛み合う複数の第２平歯車５４（四個）からなる平歯車式減速機構機から構成されている。第２入力平歯車５３は、電動機支持部材６２及び後述する偏心揺動型減速機構８０のキャリア８７に回転自在に支持されている。
この平歯車式減速機構機から構成された二段減速部７０は、その減速比を１／３に設定している。二段減速部７０の減速比は、１／２乃至１／５から選択して設定している。
従って、一段減速部５０及び二段減速部７０の合計減速比は、１／１８（１／６×１／３）に設定されている。一段減速部５０及び二段減速部７０の合計減速比は、１／４乃至１／６０（１／２×１／２乃至１／１２×１／５）に設定できる。しかしながら、ヨー駆動装置に用いる本発明の減速機においては、一段減速部及び二段減速部の合計減速比を、１／６乃至１／６０に選択して設定すれば良い。
【００１４】
三段減速部８０は、内周に内歯８１が形成された固定の内歯歯車体８２と、該内歯歯車体８２内に収納され、外周に前記内歯８１に噛み合い歯数が該内歯より若干少ない外歯８３を有し、軸方向に並列配置された複数（二個）の外歯車８４と、該複数の外歯車８４に回転自在に挿入され、前記二段減速部７０の第２平歯車５４に連結され回転することで該複数の外歯車８４を偏心回転させる複数のクランク軸８５（四個）と、該クランク軸８５の両端部を一対の軸受８６を介して回転可能に支持する出力部としてのキャリア８７とを備えた偏心揺動型減速機構で構成されている。キャリア８７の先端部には、タワー（図示なし）のリングギア（図示なし）に噛み合わせる外歯８８を有するピニオン８９がスプライン連結されて設けられている。複数のクランク軸８５の各々の端部には、前記二段減速部７０の複数の第２平歯車５４の各々が取り付けられている。複数の外歯車８４の内部には、ニードル軸受９０を介して複数のクランク軸８５のクランク部が各々挿入されている。キャリア８７は一対の軸受９１を介して内歯歯車体８２に回転自在に支持されている。内歯歯車体８２の端部には、前記電動機支持部材６２の一端が固定されている。
偏心揺動型減速機構で構成された三段減速部８０は、減速比を１／６０に設定している。三段減速部８０は、減速比を１／５０乃至１／１４０から選択して設定している。
三段減速からなる本減速機の総減速比は１／１０８０（１／６×１／３×１／６０）に設定されている。三段減速からなる減速機の総減速比は、１／２００乃至１／８４００（１／２×１／２×１／５０乃至１／１２×１／５×１／１４０）に設定できる。しかしながら、ヨー駆動装置に用いる本発明の減速機においては、総減速比を、１／１０００乃至１／３０００に選択して設定すれば良い。
【００１５】
次に、本発明の作用について説明する。
電動機１、６０の出力軸２、６１の回転は、一段減速部１０、５０で最初に減速され、次に二段減速部２０、７０で減速され、最後に三段減速部３０．８０で減速され、キャリア３７、８７三段減速部分からなる本発明の減速機の総減速比を、遊星減速機構を５段連結した従来減速機の総減速比と同じ約７７％とするためには、第１実施形態の偏心揺動型減速機構で構成された三段減速部３０は、約８５％（７７％÷一段部遊星減速機構９５％÷二段部平歯車式減速機構機９６％＝約８５％）にする必要がある。
図４は偏心揺動型減速機構の減速比と偏心揺動型減速機構の効率、ヨー駆動装置用減速機の総効率、総減速比との関係図である。図４において、偏心揺動型減速機構の効率はラインＬ１で示され、減速比が大きくなる程低下している。ヨー駆動装置の総効率はラインＬ２で示され、減速比が大きくなる程低下している。
ヨー駆動装置の総効率７７％を維持するには、偏心揺動型減速機構で構成された三段減速部３０の効率が約８５％以上となる減速比１／１４０以下にする必要がある。三段減速部３０の最小減速比１／５０は、一段減速部１０及び二段減速部２０の合計減速比の最大値と最大総減速比とから決定（６０／３０００＝１／５０）している。
このように、減速機を軸方向長さが短い三段減速部からなるように構成しても、三段減速部を偏心揺動型減速機構で構成し、その減速比を、１／５０乃至１／１４０にすれば、風力発電装置のヨー駆動装置用減速機に必要とする総効率７７％を維持することができるのである。
そして、一段減速部及び二段減速部の合計減速比を１／６乃至１／６０に設定すると共に、偏心揺動型減速機構の減速比を１／５０乃至１／１４０に設定すれば、ヨー駆動装置が必要とする減速機の総減速比である１／１０００乃至１／３０００を、減速機を三段減速部からなるように構成しても容易に得ることができる。
【００１６】
なお、第１及び第２実施形態においては、偏心揺動型減速機構３０．８０の内歯歯車体３２、８２を固定し、キャリア３７、８７から出力回転を得ているが、本発明の減速機は、キャリア３７、８７を固定し、内歯歯車体３２、８２から出力回転を得ても良い。この場合は、ピニオン３９、８９は内歯歯車体３２、８２に取り付けられる。または、内歯歯車体３２、８２の外周部に、タワーのリングギアに噛み合う外歯３８、８８を形成しても良い。
また、本発明の第１実施形態においては一段減速部を遊星減速機構で構成して二段減速部を平歯車式減速機構機で構成し、第２実施形態においては一段減速部及び二段減速部を平歯車式減速機構機で構成したが、本請求項１にかかる発明においては、一段減速部及び二段減速部を共に遊星減速機構で構成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明によれば、風力発電装置のヨー駆動装置に適する高効率で軸方向長さの短い減速機が提供できる。また、風力発電装置の高効率でコンパクトなヨー駆動装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態を示す図である。
【図２】図１のＢ―Ｂ矢視断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す図である。
【図４】偏心揺動型減速機構の減速比と偏心揺動型減速機構の効率、ヨー駆動装置用減速機の総効率、総減速比との関係図である。
【符号の説明】
【００１９】
１００、３００・・・ヨー駆動装置
２００、４００・・・減速機
１０      ・・・・・一段減速部（遊星減速機構）
２０      ・・・・・二段減速部（平歯車式減速機構機）
３０、８０  ・・・・三段減速部（偏心揺動型減速機構）
５０      ・・・・・一段減速部（平歯車式減速機構機）
７０      ・・・・・二段減速部（平歯車式減速機構機）
３１、８１  ・・・・内歯
３２、８２  ・・・・内歯歯車体
３３、８３  ・・・・外歯
３４、８４  ・・・・外歯車３４
３５、８５  ・・・・複数のクランク軸
３７、８７  ・・・・キャリア３７
３９、８９    ・・・ピニオン
【図１】
2005061519.tif 000003
【図２】
2005061519.tif 000004
【図３】
2005061519.tif 000005
【図４】
2005061519.tif 000006